Концепція природознавства

1. Роль природознавства у розвиток суспільства. Наука, техніка, гуманізація

Сучасна наука виникла в Європі в період 15-17 ст. в періодстановлення капіталістичного способу виробництва. Наука - це формадуховної діяльності людини з отримання нового знання про природу,суспільстві і самому знанні. Наука розділена на безліч галузей знання
(приватних наук), які розрізняються між собою тим, яку сторонудійсності.

По предмету і методу пізнання можна виділити науки про природу --природознавство, та суспільстві - суспільствознавство (гуманітарні, соціальнінауки), про пізнання, мислення (логіка, гносеологія та ін.) Окрему групускладають технічні науки. У свою чергу кожна група наук може бутипіддана детальнішого членування. Так, до складу природничих науквходять механіка, фізика, хімія, біологія та ін, кожна з якихпідрозділяється на наукові дисципліни - фізична хімія, молекулярна хіміяі т.д. Можуть бути й інші критерії для класифікації наук. Так, за своєювіддаленості від практики науки можна розділити на два великих типи:фундаментальні, де немає прямої орієнтації на практику, і прикладні --безпосередньо вирішують практичні завдання.

Наука являє собою продукт розвитку думки стародавніх греків. Наукау давньогрецькій культурі представляла собою цілісну науку. Зародкимислення, що йдуть у плані приватних наук, з'явилися під впливом Аристотеля ійого школи, таких великих лікарів, як Гіппократ, Гален. Але це не порушувалоцілісність науки і картини світу. В епоху християнського середньовіччя наукатак само розроблялася як гармонійне ціле. Тільки в кінці середніхстоліть сталася підміна поняття «наука» поняттям «природознавство» Ця нованаука почала свій тріумфальний хід з епохи Відродження, коли булавизнана можливість математичного опису результатів, отриманихекспериментальним шляхом. Ця нова форма набула настільки великого значення,що Кант оцінював приватні науки в залежності від ступеня застосування в нихматематики. Під впливом експериментально-математичної науки докорінночином змінився світогляд європейця і посилився його вплив надуховне життя решти світу. Особливо воно зросло завдякипідведення суворого строго наукового фундаменту під виникла з медицинитехніку, яка базувалася до цього виключно на ремісничому досвіді.

Взаємодія природознавства і суспільства завжди було непростим.
Спочатку розглядали науку як засіб підкорення природи. Використаннядосягнень науки змінювало саме суспільство і його життя, перш за все йогоекономіку. Але починаючи з другої половини 20 ст. у зв'язку із загрозою ядерної табіологічної війни з'явилося негативне ставлення до науки.

Наука, і в тому числі природознавство ставати для суспільства основоюдля практичної діяльності. З часом вона стає продуктивноюсилою суспільства. Від розвитку науки залежить розвиток техніки - знарядь праці,майстерності, вміння. Для сучасного суспільства характерна все більшеміцніюча зв'язок науки, техніки і виробництва.

В даний час все більшого значення набуває гуманістичнийаспект науки, складається особлива дисципліна - етика науки. В умовахнауково-технічного прогресу особливо актуальні моральні оцінкинаукових відкриттів - чи можна втручатися в генное будову людини,удосконалювати біотехнологію і навіть конструювати нові форми життя?

2. Основні етапи розвитку природознавства. Революція в науці

З розвитком нової науки виникла необхідність більш глибокогоподілу її на спеціальні дисципліни, для більш ретельного та глибокоговивчення окремих явищ та процесів певної областідійсності. Природничі науки, які отримали своє громадянство з 18 ст.,
- Це сукупність всіх наук, що займаються дослідженням природи. Головнісфери природничих наук - матерія, життя, людина, Земля, Всесвіт --дозволили згрупувати їх таким чином:
1. фізика, хімія, фізична хімія
2. біологія, ботаніка, зоологія
3. анатомія, фізіологія, вчення про походження і розвиток, вчення про спадковість
4. геологія, мінералогія, палеонтологія, метеорологія, географія
5. астрономія разом з астрофізикою і астрохіміей.

Математика, на думку ряду натурфілософів, не відноситься до природнихнаук, але є вирішальним інструментом їхнього мислення.

Диференціація наукового знання була необхідним етапом у розвиткунауки. Приватні науки класифікувалися з точки зору їх предмета абометоду. В результаті, в якійсь мірі, втрачалося розуміння істинноїцілі науки про світ в цілому, а насправді - як єдиного цілого.

Революція в науці - це переворот. Розвиток науки довго йшлопоступового, безперервного накопичення знань, а розвиток не зводитьсятільки до простого нагромадження знань. Найбільш радикальні зміни в науціпов'язані з науковими революціями, що супроводжуються переглядом,уточненням і критикою колишніх ідей, програм і методів, тобто за все, щоназивається парадигмою науки. В останні десятиліття почалася кардинальнареволюція, принципово змінює ставлення світу людини і світу природи.
У марксистській термінології - це «науково-технічна революція», зацивілізаційної типології Тоффлера - це «соціо-технічна революція».
Іноді її називають інформаційно-комп'ютерною революцією. Основою цієїреволюції є створення і розгортання електронно-комп'ютерної табіотехнологічної технологій. Її результатом може стати новаінформаційна цивілізація.

3. Фундаментальне єдність природничих наук. Спостереження, експеримент,теорія

Якщо оточуючий нас світ єдиний і утворює єдине і ціліснеосвіта, то і знання про нього має фундаментальне єдність. І хоча наукарозділена на дисципліни, але існують фундаментальні закони відображаютьєдність і цілісність природи, закони складові фундаментальнеєдність природничих наук.

Спостереження - це початковий джерело інформації, але в основіспостережень лежить теорія, ідея.

Експеримент - найважливіший метод емпіричного дослідження, дляспостереження процесів в умовах, найменше схильних до діїсторонніх чинників. Вимірювання є доповненням будь-якого експерименту.

На теоретичної стадії будують гіпотези і теорії, відкривають законинауки. Потім гіпотезу перевіряють експериментом. Якщо результати експериментуне співпадають з гіпотезою, то спростовується сама гіпотеза. Але це можливопоспішний висновок, проводяться різноманітні експерименти і їх достовірністьзалежить від рівня розвитку науки і техніки.

Єдність природничих наук підтверджує і міждисциплінарні методидослідження, наприклад системний метод. Хоча системи, що зустрічаються вприроді мають різну будову і різні ознаки, але всі вонисамоорганізуються системи, і не можна протиставляти живі і неживісистеми, нові результати проливають світло на проблему виникнення живогоз неживого.

4. Поділ природознавства на наукові дисципліни. Структурні рівніорганізації матерії. Мікро, макро, мега світ. Їх основні характеристики

Наприкінці середніх віків виникло поняття «природознавство» Ця нованаука почала свій тріумфальний хід з епохи Відродження, коли булавизнана можливість математичного опису результатів, отриманихекспериментальним шляхом.

Диференціація наукового знання була необхідним етапом у розвиткунауки. Приватні науки класифікувалися з точки зору їх предмета абометоду.

У філософії існує категорія матерії, яка позначаєоб'єктивну реальність, незалежну від сприйняття. У фізиці під поняттямматерії розуміється будь-яка речовина. Речовина може перебувати в твердому,рідкому, газоподібному і плазмовому агрегатних станах. Принципововідмінне від звичайного «речовини» стан матерії у вигляді поля.

Матеріальний світ ділитися на три сфери: нежива природа, живаприрода, соціум. Структурно - внутрішня розчленованість реального світу.
Нежива природа представлена рівнями: субмікроелементарном,мікроелементарном, ядерному, атомному, молекулярному, макротел, планет, системпланет, галактик, систем галактик, Метагалактика, Всесвіту та світу вцілому. Жива природа має свої рівні: доклеточний (ДНК, РНК, білки),клітини, багатоклітинні організми, види та популяції, біоценози, біосфера.
Соціум представлений рівнями: індивід, сім'я, колективи, соціальні групи,етноси і нації, держава, союзи держав, людство.

Матерія має складну будову, яке можна розглядати надекількох структурних рівнях: на мега рівні матерія розглядається ввигляді галактик, на макро рівні матерія може являти собоюпевне тіло, наприклад, стіл, на мікро рівні - цей стіл вжерозглядається як складна система частинок (молекул, потім - атомів, потім
- Елементарних частинок). Таким чином весь матеріальний світ можнарозглядати як мега світ - світ галактик, зірок, комет і ін небесних тіл,макро світ - світ оточуючих нас речей, і мікро світ - невидимий світ молекул,атомів і елементарних часток. При цьому мега світ включає в себе мікро світ
(галактики складаються з більш дрібних тіл), макро світ включає в себе мікросвіт (будь-яке тіло складається з елементарних часток). Яка структура матеріїна рівні менше ніж макро рівень (з розмірами менше 10-16 см) поки неясно. У масштабах, що перевищують тисячі мегапарсек, Всесвіт безструктурна.
У таких масштабах матерія однорідна і ізотропна, тобто св-ва скрізьоднакові. З розвитком науки пізнання про матерію розширюються і горизонти їївивчення відділяться.

Для опису макро і мега світу використовуються рівняння і законикласичної фізики, які дозволяють визначити їх положення, швидкість,траєкторію і т.д. Але ці рівняння безсилі описати мікро світ, для цьогонеобхідна квантова фізика і статистична фізика, що описує параметриелементарних частинок ймовірносними характеристиками з урахуванням їх хвильовихвластивостей. Розподіл і структуру матерії на мега рівні вивчаєастрофізика, на мікро рівні - атомна фізика, ядерна, фізика елементарнихчастинок. Вивчає матерію на макро рівні фізика твердого тіла, фізикарідин і газів.

5. Розвиток поглядів на фізичну картину світу. Класична фізика,електродинаміка, квантова та статистична фізика

Під картиною світу розуміється система найважливіших принципів і законів,що лежать в основі навколишнього світу. З розвитком науки з'являються новітеорії, відкриваються нові закони. Природно ті теорії, якіпанують у певний історичний період, формують фізичнукартину світу.

До 19 в. існувала фізична картина світу, заснована накласичної фізики. В основі її лежали закони руху, якимпідпорядковувалися і фізичні тіла навколо і небесні тіла. Відомо, що Ньютонстворив свій варіант диференціального і інтегрального обчислення длявирішення цих завдань: миттєва швидкість визначалася як перша похіднашляху по часу, прискорення - як перша похідна від швидкості за часомабо друга похідна шляху за часом. Завдяки цьому були сформульованізакони динаміки та закон всесвітнього тяжіння. Ці закони перевірялисяекспериментально. Таким чином у той період в основі вивчення природилежали основні закони механіки сформульовані Ньютоном:
1. Закон інерції (всяке тіло продовжує залишатися в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, поки під вплив зовнішніх сил не змінить його).
2. Зміна кількості руху пропорційно діючій силі і відбувається по прямій за якою діє ця сила.
3. Всякому дії є рівна і протилежно спрямована протидія.

Така картина світу давала уявлення про що діють на тіла силах,але не уточнюють причини. Наприклад, - «сила тяжіння пропорційна масамтіл і обернено пропорційна квадрату відстані », але причини тяжінняцим законом не встановлювалися.

Електродинаміка доповнила існуючу картину світу, встановившизалежність між електричними й магнітними явищами. Вчені 19 ст.виявили, що магнітна стрілка відхиляється над провідником зі струмом, ущо обертається в магнітному полі замкнутому контурі виникає струм. Булопоказано, що існують не тільки тіла, а й поля (гравітаційні,електромагнітні). Після того як об'єктом вивчення стали не тільки тіла,а й поля картина світу набула більш складний характер.

Наприкінці 19-20 ст. були зроблені великі відкриття, що докоріннозмінили фізичну картину світу. Перш за все це відкриття будовиречовини, взаємодії поля і речовини і законів мікросвіту. Виявилося,що атом складається з елементарних часток, які підкоряються законам некласичної фізики, а квантової механіки і статистичної фізики. Крімтого було виявлено, що елементарні частинки мають не тількикорпускулярним властивостями, а й хвильовими. Так було встановлено, що міжречовиною і полем немає непрохідною кордону. Для пояснення процесівмікросвіту була створена квантова механіка. Квантова механіка не даєоднозначних відповідей, а визначає лише вірогідність того чи іншогорезультату. Її головне відкриття - імовірнісний характер прогнозів.
Наприклад ймовірність знаходження електрона в певному місці дорівнюєквадрату модуля хвильової функції, яка описує хвильові властивостічастинок. Статистична фізика вивчає властивості складних систем і зв'язок зівластивостями окремих частинок. У ній використовуються методи розглядаютьрозподіл частинок за швидкостями за допомогою функцій розподілу, щовизначає ймовірність певної швидкості для частинки. Таким чином зрозвитком науки фізична картина світу стає все складніше інабуває імовірнісний характер.

6. Простір і час. Поняття стану. Принципи симетрії. Законизбереження

Простір і час це форми існування матерії. Уявлення прое.?? їх поняттях змінювалося в міру досягнень науки. До появи теоріївідносності їх вважали незалежними (ньютонівські подання), потімзрозуміли, що вони органічно пов'язані один з одним. Згідно Ньютонупростір і час абсолютні, тобто св-ва не змінюються з часом і незалежать від розподілу в-ва, час у всіх точках тече рівномірно іоднаково. Розподіл в-ва в такому просторі і його рухописується законом всесвітнього тяжіння. Цей простір називаєтьсяевклідовому або лінійним. Положення тіла в просторі визначається трьомакоординатами x, у, z, але для опису руху необхідно ввести четвертукоординату - час, координати простору і час розглядаютьсянезалежно. Процеси розглядаються оборотні, тобто знак цього параметра
(часу) може змінюватися на зворотний. Для класичної механіки характернасиметрія процесів в часі, яка виражається в оборотності часу.
Тобто виходить, що час не впливає на процеси, що не відповідаєдійсності (з часом неминуче протікають різнінеоборотні фізичні процеси).

Всі ці положення про час і простір залишаються вірними ввідносно невеликих за астрономічними масштабами областях простору ідля відносно коротких за цими мірками відрізків часу. Але коли мовазаходить про описах Всесвіту в цілому або її частини, або в умовах сильнихполів тяжіння, то ці уявлення перестають відповідатидійсності.

Із загальної теорії відносності Ейнштейна випливає, що реальнепростір у Всесвіті неевклідової, геометрія його змінюється з часом,а час тече з різною швидкістю в різних точках Всесвіту. Поняттяпростору і часу з'єднані в єдине поняття просторово-часовоїбезперервності. У цьому випадку стан будь-якого тіла описуються трьомапросторовими координатами і четвертої координатою - тимчасової.

Найпростішою симетрією є - однорідність і ізотропностіпростору. Це виявляється в тому, що будь-який фізичний прилад працюєоднаково в будь-якій точці простору якщо не змінюються оточуючі фізичніумови. Тобто фізичні закони інваріантні (незмінні) відноснопереміщень і поворотів. Ще одна важлива симетрія - однорідність часу.
Всі фізичні процеси протікають однаково, коли б вони не почалися. Алеця симетрія порушується в слабкому розпад деяких елементарних частинок. Іхоча ці порушення дуже малі, вони відіграють важливу роль у фізиці елементарнихчастинок, тому що приводять до абсолютного відмінності між частинками іантичастинками. Існує крім того дзеркальна симетрія. Так існуєдзеркальна симетрія будови молекул.

Але найважливішу симетрію відкрив Ейнштейн, виявивши загальністьпросторово-часової симетрії. Тобто всі фізичні, хімічні,біологічні явища не змінюються при поворотах поворот означає такезміна координат, коли не змінюються відстані між точкамисталість поширення світла при повороті. Так все симетрії вищеназвані були об'єднані в одну загальну - всі явища природи інваріантніщодо зрушень, поворотів і відображень у чотиривимірному просторі -часу.

Найважливішим наслідком симетрії полягає в тому, що кожній симетріївідповідає свій закон збереження. Зокрема закон збереження енергіїє суворе наслідок однорідності часу (повна енергія замкнутоїсистеми тел залишається незмінною), а закон збереження імпульсу (в замкнутійсистемі геометрична сума імпульсів залишається постійною) випливає зоднорідності простору. Те ж відноситься до законів збереження речовини ізаряду. (В замкнутій системі алгебраїчна сума електричних зарядівзалишається постійною).

7. Мікро світ. Прояв хвильових і корпускулярних властивостей мікрочастинок.
Дуалізм у мікросвіті

Невидимий нам мікросвіт складається з найдрібніших частинок матерії --електронів, протонів, нейтронів, атомів і т.д. Властивості об'єктів цього світузовсім не схожі на властивості звичного макросвіту. Властивості мікрочастинокнеможливо описати з позицій класичної фізики, тому виниклапринципово нова фізика - квантова механіка.

Вивчення властивостей світла показав, що він володіє складною природою,поєднує в собі хвильові і корпускулярні властивості. Такі явища якдифракція і інтерференція пояснюються хвильовими властивостями, а фотоефект --корпускулярним. У результаті виник так званий корпускулярно-хвильовоїдуалізм, поширений на дрібні частки речовини - електрони,протони, нейтрони і т.д. Що рухається по орбіті електрон можна розглядатиз одного боку як корпускул (з певною масою, енергією, зарядом) із іншого боку - як якусь хвилю, довжина якої укладається на довжиніорбіти ціле число разів. При вивченні явища фотоефекту було встановлено,що з поверхні електронами вибиваються порції світла, світло випромінюється іпоглинається квантами світла, названими фотонами. Енергія фотона з одногобоку визначається формулою Е = hy (y - частота, h - постійна Планка). Зіншого боку енергія може бути виражена через масу m та швидкість світла c
- Е = mс2. Тобто фотон також як і електрон має і хвильові властивості такорпускулярні, але не має заряду. Маса спокою фотона дорівнює нулю, тобто вінне існує в стані спокою.

Можна припустити, що всякому тіла з масою m, що рухається зішвидкістю (відповідає довжина хвилі (= h/m (. Але для тіл із значноюмасою довжина хвилі мізерно мала і її неможливо зафіксувати.

Таким чином поділ матерії на дві форми - речовина і поле доситьумовно. Частинки речовини виявляють ознаки хвилі і корпускули, іелектромагнітне випромінювання виявляє ті ж властивості. Це явищеотримало назву дуалізму хвилі і корпускули. Експериментально дуалізмпідтверджується, наприклад, дифракцією електронів на кристалі нікелю, тобточастка проявляє хвильові св-ва.

8. Особливості опису законів мікросвіту. Хвильова функція. Принципсуперпозиції, невизначеності і додатковості

Особливістю мікросвіту, що складається з найдрібніших частинок (електронів,протонів, нейтронів, атомів, і т.д.) є те, що їм притаманні якхвильові так і корпускулярні властивості, ті прояв дуалізму. Внаслідокцього неможливе застосування понять і принципів класичної фізики.
Спроби описати і пояснити об'єкти мікросвіту призвели до появи квантовоїмеханіки, тому що класична фізика не могла пояснити дуалізм хвиліі частки. Крім того мікросвіту особливістю є те, що приекспериментах неминуче макропрібори та інструменти дослідників впливають намікрооб'єктів. Подібна дія не враховується в класичній фізиці.

Принципова відмінність опису законів мікросвіту полягає вімовірнісний характер цих описів. Це означає, що не можна точнопередбачити місце знаходження, наприклад, електрона. Можна оцінити лише йогошанси потрапляння в певну точку. Тому застосовуються методи і поняттятеорії ймовірності. У квантової механіки будь-який стан описується задопомогою «хвильової функції» ((), але на відміну від класичної фізики цяфункція визначає параметри майбутнього стану не достовірно, а зпевним ступенем імовірності. Наприклад, говорять про ймовірноснорозподіл значень, а не про конкретних значеннях. Значення хвильовоїфункції ставати зрозумілим із твердження: ймовірність знаходження електронав певному місці одно квадрату модуля хвильової функції. В основіквантової механіки лежить принцип невизначеності.

Суть принципу невизначеності полягає в наступному: якщо мипрагнемо визначити одну з сполучених величин, наприклад, координату x,то значення іншої величини, не можна визначити з такою ж точністю.
Принцип невизначеності виражається формулою (x (p = h, де твірзбільшення координати і приріст імпульсу одно постійної Планка. Абословами: неможливо з однаковою точністю визначити і положення, іімпульс мікрочастинки. Твір їх неточностей не повинно перевищуватипостійну Планка.

У силу удаваної суперечливості корпускулярних і хвильових властивостейдатський фізик Нільс Бор висунув принцип додатковості для квантово -механічного опису мікрооб'єктів, згідно з яким корпускулярнакартина такого опису повинна бути доповнена хвильовим альтернативнимописом. Спираючись на цей принцип можливо зрозуміти і пояснити багатоявища, наприклад дифракцію електрона на нікелевому кристалі.

Принцип суперпозиції полягає в наступному: у кожній точці результатвід дії кількох джерел (наприклад, хвиль) у будь-який момент дорівнюєсумі результатів дій кожного джерела окремо.

9. Види взаємодій. Речовина і поле. Віртуальні частки

Атомістична концепція спирається на уявлення про дискретнобудову матерії, тобто матерія складається з найдрібніших частинок, які напевному етапі пізнання вважаються неподільними. Історично такимичастинками вважалися атоми, потім елементарні частинки, тепер кварки.

Тим елементарними частинками існують взаємодії. Заінтенсивності ця взаємодія поділяється на сильне,електромагнітне, слабке і гравітаційне.
1. Сильна взаємодія найбільш інтенсивно й обумовлює зв'язок між протонами і нейтронами в атомних ядрах.
2. Електромагнітна взаємодія менш інтенсивний і визначає зв'язок між електронами і ядрами в атомі, і між атомами в молекулі.
3. Слабка взаємодія найменш інтенсивно, воно викликає повільно протікають процеси з елементарними частинками, наприклад, розпад квазічастинка.
4. Гравітаційне взаємодія відбувається на надзвичайно коротких відстанях і визначається малими масами частинок, що дає малий ефект, який зростає із збільшенням маси.

У квантової механіки кожній частці речовини відповідає хвиля, тобтокожній частці можна зіставити своє поле. А якщо цих частинок багато,наприклад, електронів з однаковими енергіями і імпульсами, то і хвиліоднакові. І це значить, що це середовище є полем. Це поле можнаописати математично за допомогою функції координат і часу. Наприклад фотонописується електричним полем Е (x, y, z, t) і магнітним полем H (x, y, z,t). Фотон - це квант електромагнітного поля, а електрон і позитрон --електрон-позитронного поля. Ці поля змінні, але існують і постійні
(статичні) електричні та магнітні поля, наприклад магнітне поле
Землі. Але все це різні форми прояву електромагнітного поля. Крімтого в природі існує гравітаційне поле, що створюється матеріальнимитілами. Гравітаційне поле пропорційно масі. Гравітаційні хвиліпоки не виявлені.

Елементарні частинки (крім фотонів) можуть підрозділятися за типамивзаємодії: на адрони, для яких характерне сильна взаємодія ілептони, для яких характерне слабке і електромагнітне взаємодія.
За масі частки діляться на важкі, проміжні та легені. За часомжиття вони поділяються на стабільні (електрон, фотон, протон і нейтрино),квазістабільние і нестабільні частинки.

За теорією відносності енергія може переходити в масу, такіпереходи називаються віртуальними. Таким віртуальним переходах супроводжуєнародження віртуальних частинок на короткий час. Ці процеси відбуваються вфізичному вакуумі - стан з найменшою енергією і відсутністюречовини. Якщо прикласти достатньо енергії, з вакууму можна народжуватичастинки, тому що енергія може переходити в поле, а поле - в частинки.
Оскільки Е = mс2, то частинка з масою m народжується на час h/mс2. Дляпротона це становить близько 10-34 с. Вплив віртуальних часток невелике, але чим менше досліджувані частинки, тим значніше вплив наних віртуальних частинок.

10. Зв'язані мікрооб'єктів. Ядро, атом, молекула

Характер пов'язаної системи мікрооб'єктів, як і будь-якої системи, залежитьне тільки від складу і будови її елементів, а й від їхньої взаємодії.
Саме така взаємодія визначає зв'язаність і цілісність системи. Зрівнем досягнутих знань змінювалось і уявлення про структуру речовини. Уяк первинної системи мікрооб'єктів спочатку розглядалися молекулияк найменші одиниці речовини. Самі уявлення про структуру молекулипоступово вдосконалювалися та уточнювалися. Панувала думка, щоструктура молекули виникає завдяки взаємодії різнойменноїзаряджених атомів або груп атомів. Але це було не досконале судження. УНадалі дослідники встановили, що при утворенні структур різніатоми не просто взаємодіють, але певним чином перетворюють одинодного, так в результаті виходить цілісність або пов'язана система.
Пізніше структуру молекул стали пов'язувати з поняттям валентності елементу.
Подальшим кроком у цьому напрямку було вивчення того, яку роль уосвіту молекул з атомів грає ступінь напруженості й енергії зякій вони зв'язуються один з одним. З усього цього необхідно усвідомитиголовне: структура з точки зору системного підходу являє собоюупорядковану зв'язок і взаємодія між елементами системи, завдякиякої і виникають нові цілісні її властивості. У такій хімічноїсистемі, як молекула, саме специфічний характер взаємодії атоміввизначає нові цілісні властивості молекули.

Резерфорд поклав основу ядерної моделі атома як цілісної системи.
Вона полягає у взаємодії ядра атома, що знаходиться в центрі атома іелектронів, що обертаються навколо ядра. Ядро складається з позитивнозаряджених протонів і не мають заряду нейтронів. Число електронів в атомідорівнює числу протонів у ядрі. Оскільки маса електронів в 2000 разів менше масипротонів чи нейтронів, тому вся маса атома зосереджена в ядрі.
Різні електрони пов'язані з ядром різною мірою, деякі з них атомлегко втрачає, при цьому система переходить в інший стан, атомставати позитивним іоном. Купуючи додатковий електрон, атомперетворюється в негативний іон. При поглинанні електромагнітноговипромінювання, наприклад світла, атом збуджується і здійснює квантовий перехідз нижнього рівня на більш високий. У зв'язку з цим говорять про енергетичнірівнях атома, які визначають стан атома як системи.

Ядро атома як цілісна система існує завдяки силтяжіння, що зв'язують протони і нейтрони в атомному ядрі. Ці силиназиваються ядерними або сильним взаємодією. Так як за здатністю досильному взаємодії протон і нейтрон не відрізняються один від одного,тому їх розглядають як одну частинку - нуклон. Сильна взаємодіядіє на малих відстанях (10-15 м) і перевершує електромагнітне ігравітаційне, але воно зменшується зі збільшенням відстані.

11. Досягнення атомної та ядерної фізики

Атомна фізика виникла на рубежі 19-20 ст. на основі дослідженьоптичних спектрів. Вона займалася вивченням будови атома і вивченнямйого властивостей. Була розроблена кількісна теорія атома. Наступнідослідження властивостей атомів і електронів завершилися створенням квантовоїмеханіки - фізичної теорії, що описує закони мікросвіту. Квантовамеханіка є теоретичним фундаментом атомної фізики, а вона в своючергу виступає дослідним полігоном. Атомної фізикою встановлені оптичніспектри атомів різних хімічних елементів, зв'язок закономірностейспектрів з системою енергетичних рівнів, підтвердила те, що внутрішняенергія атома квантів і змінюється дискретно. Внаслідок вивченнярадіоактивності відбулося виділення ядерної фізики, що вивчаєвзаємоперетворення елементарних частинок - фізика елементарних часток. Атомнафізика досягла величезних успіхів у вивченні процесів, що відбуваються ватомних ядрах і взаємоперетворення елементарних частинок. Але ця дисциплінавивчає ту частину, в якій не відбувається зміна з самим ядром, а тількиз електронною оболонкою. Ядерна фізика вивчає перетворення атомних ядер,що відбуваються як у результаті радіоактивного розпаду, так і в результатірізних ядерних реакцій. Досягнення ядерної фізики немислимі безвикористання досягнень фізики і техніки прискорювачів заряджених частинок.
Саме створення різних прискорювачів елементарних частинок допомоглидослідникам у багатьох проблеми вивчення атомних ядер і їх перетворень.
Важливою частиною ядерної фізики є нейтронна фізика, займаючиающаясяядерними реакціями, що відбуваються під дією нейтронів. Сучаснаядерна фізика розпадається на дві взаємопов'язані гілки - теоретичну іекспериментальну ядерну фізику. Теоретична працює з моделями атомнихядер і ядерних реакцій. Експериментальна ядерна фізика використовує багатийарсенал сучасних дослідницьких засобів, включаючи ядерні реактори
(як джерела могутніх пучків нейтронів), прискорювачі заряджених частинок (якджерело прискорених електронів, протонів, іонів, мезонів і т.д.),різноманітні детектори часток. Ядерно-фізичні дослідження маютьвеличезне чисто наукове значення, дозволяючи глибше проникати в таємниці природи.
У той же час ці дослідження важливі і для практичного використання вядерній енергетиці, медицині, в ядерних реакторах на криголамах, длявивчення ядерних реакцій для використання в мирних цілях, для синтезуматеріалів.

13. Статистичні системи та характеристики їх законів. Середні величини.
Поняття ентропії. Флуктуації

Закони класичної механіки мають універсальний характер, тобто вонивідносяться до всіх без винятку досліджуваних об'єктів. Їх особливістює те, що їх передбачення достовірні й однозначні. Але закони,діючі для статистичних систем (систем з безліччю об'єктів) неє однозначними, а тільки ймовірносними. Але це не єсвідченням недостовірності, тому що квантова механіка показала, щоіснування невизначеності коренитися в самому фундаменті матерії (див.
8). З цієї причини ці закони носять назву імовірнісних, або --статистичних, тому що інформація носить статистичний характер. Ця вихіднаінформація про об'єкти дослідження збирається, наприклад, методомтривалих спостережень, потім аналізується методами статистики і виводитисяякесь середнє значення визначається величини. Статистичні методивикористовуються для вивчення властивостей складних систем - газів, рідин,твердих тіл і їх зв'язок з властивостями окремих часток - атомів, молекул.
Для опису великих статистичних систем використовуютьсясередньостатистичні значення параметрів, відволікаючись від конкретних значеньцих параметрів для кожної частинки, наприклад визначається середня енергіядля даної системи, замість визначення енергій кожної молекули. Великезначення для статистичної фізики мали роботи американського фізика
Гіббса, який дав загальний метод обчислення середніх величин длядовільної системи. Але на практиці дослідники, які використовуютьусереднені величини будь-якого параметра, мають справу з флуктуаціями.
Флуктуації це - невеликі нерегулярні, хаотичні зміни будь-якоїфізичної величини. Зазвичай ці відхилення у фізиці пов'язують з тепловимиабо квантовими явищами. Наприклад, у квантовій механіці температураодноатомного газу визначається кінетичної енергією атомів. Але череззіткнень атомів енергія кожного з них не залишається постійною, а всічас змінюється. Якщо взяти великий обсяг, то енергія, усереднена по всіхатомів,